锰氧化物材料制备及钠离子电池性能的研究

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Cycle NuΒιβλιοθήκη Baiduber
从图中可以看出，������������0.44 ������������������2 在循环过程中结构比较稳定，发生的结构变化较 小，容量衰减速度较小，材料有较好的循环性能。
3、循环伏安分析
0.00016 0.00012 0.00008
Current(mA)
0.00004 0.00000 -0.00004 -0.00008 -0.00012 -0.00016 -0.00020 -0.1 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1
Voltage(V)
4、交流阻抗分析
60
50
40
-Z'' (Ohm)
30
20
10
0 0 10 20 30 40 50 60
Z' (Ohm)
采用 Zview 阻抗谱拟合软件对材料阻抗数据进行拟合。 EIS 曲线由高频区的半圆 和低频区的直线组成， 半圆与实部截距代表 Rct 表示电荷转移电阻，直线部分与 钠离子在内部扩散产生的 Warburg 阻抗有关。
一、
研究背景
近年来， 钠离子电池受到人们的普遍关注。 钠是地壳中含量最多的元素之一， 并且与锂有相似的化学性质。与锂离子电池相比，钠离子电池具有更多的优势， 人们研究钠离子电池就是因为可利用的钠资源丰富，价格便宜。 ������������0.44 ������������������2 由 于具有独特的三维隧道结构，可以促使������������+ 的迁移，引起了研究者的极大兴趣。 ������������0.44 ������������������2 是正交晶系，属于 Pbam 群，锰离子处于两种环境中，全部 的������������4+和一半的 ������������3+ 处于 MnO6 的八面体碱离子位置，另一半的������������3+ 处于四 方锥碱离子位置。MnO5 四方锥和 2 个一组或三个一组的八面体 MnO6 连接成 链，形成两种隧道结构的骨架，在隧道结构中，两种钠离子位处于大的 S 型隧 道中，另一种钠离子位处于小隧道中。根据这种晶体结构可以推断，钠离子主要 沿着 c 轴方向扩散，n(Na)/n(Mn)=0.44 的比例与 Na(1)位置被完全填充和 S 型 的隧道有一半被填充是相对应的。
二、
实验方案
1、制备活性物质 ������������0.44 ������������������2 的合成方法主要有高温固相法、熔盐法、水热法、聚合物热解 法等，不同的合成方法使材料具有不同的性能，因此，研究不同的方法具有重要 的意义。 本次实验中，我们通过高温固相法合成������������0.44 ������������������2 。 高温固相法通常是在高温下，将固相化合物按一定比例在一定气氛下煅烧， 冷却后得到目标产物。因其成本低，工艺直观，操作简单等优点得到了广泛的应 用。将锰盐和钠盐按一定的比例研磨，在高温下热处理得到������������0.44 ������������������2 。 具体步骤： （1）碳酸锰 600 ℃煅烧 12 h 制备三氧化二锰。 （2）0.23318g ������������2 ������������3 和 0.78937g������������2 ������3 混合研磨，900 ℃煅烧 15 h。产物为������������0.44 ������������������2 2、制备电池 （1）配置 1M 硫酸钠溶液，冷却，待用； （2） 按������������0.44 ������������������2 ： 乙炔黑： PTFE=80:15:5， 称取适量药品， 在小烧杯中混合， 并加入少量乙醇溶解，搅拌至均匀，使 PTFE 纤维化； （3）将烧杯放入 80℃的恒温水浴锅中，在水浴上使酒精微沸进行破乳，直至电 极活性物质呈团状； （4）称取 1cm×1cm 的不锈钢网的质量，将活性物质均匀的涂覆在不锈钢网基体 上，于 80℃的鼓风干燥箱中烘干 12 小时； （5）干燥完成后，用 10MPa 压片，再称取涂有活性物质的不锈钢网的质量，制 成试验用电极； （6）将电极以及隔膜在 1M 硫酸钠溶液中浸泡 5 小时，然后按照从下而上夹具， 负极，隔膜，正极，隔膜，夹具的次序将电池装好。然后用皮筋固定；
三、性能测试结果 1、XRD 图
Intensity( a.u.)
10
20
30
40
50
60
70
80
2 Theta (degree)
与标准卡(PDF:27-0750)吻合，没有出现杂峰，以此可以确定得到������������0.44 ������������������2 。 2、循环性能分析
80
Specific Capacity(mAhg )
样品在扫描范围内出现了多对比较对称的氧化还原峰，多对氧化还原峰代表 Na 在������������0.44 ������������������2 的嵌入和脱出是多相反应，到目前为止，反应机理还未完全搞清 楚。 氧化峰与还原峰之间的电位差体现了充放电过程中的极化程度， 电压差越小， 说明电化学过程越迅速，可逆性越好。此材料的氧化峰和还原峰分开较明显，且 较清晰，说明样品具有很好的电化学可逆性。